随着琼东南盆地油气勘探向深水、超深水领域逐步推进, 深水钻井面临着压力窗口狭窄、井壁稳定性维持困难以及低温环境下钻井液流变性失控等问题, 对深水钻井安全提出了更高要求。为此, 深水钻井过程中引入了恒流变FLAT-PRO合成基钻井液, 该钻井液融合传统油基钻井液的水合物抑制性与润滑优势, 同时具备水基钻井液的环保特性, 有效应对了上述难题。

与此同时, 面对深水、高压、低渗等复杂地质条件, 且随着勘探程度加深, 勘探目标隐蔽性增强, 传统油气勘探方法在准确性与灵敏度上已难以满足需求, 亟需更高效的技术手段提升勘探成效。三维定量荧光录井技术具有灵敏度高、检测上限高的优势, 能提供丰富的图谱与参数信息, 在油气显示发现、真假油气识别及原油性质判别方面表现突出, 因而被引入琼东南盆地油气勘探研究。通过对盆地已钻探井定量荧光录井数据的统计分析, 建立了不同流体性质储层的三维定量荧光激发-发射波长解释图板, 结合井下测试结果制定了相应储层解释评价标准, 为油气藏勘探提供了有效技术支撑。

然而, 恒流变FLAT-PRO合成基钻井液的应用给以岩屑为载体的录井技术带来了新的挑战, 分析样品易受钻井液侵染干扰, 传统三维定量荧光录井所采用的扣除萃取试剂校正方法, 已难以准确解析油气主峰位置。为此, 亟需优化该技术的应用流程与数据分析方法, 进一步提升其在该钻井液体系下检测的准确性与可靠性。

恒流变FLAT-PRO合成基钻井液体系是一种创新型油基钻井流体, 其核心组分为氯化钙溶液（内相, 分散相）与低粘度气制油（外相, 连续相）^[1]。气制油作为一种环境友好型基础油, 具有低芳香烃含量、高生物降解率的特性, 符合国际海洋作业环保标准^[2]。其核心优势“恒流变”控制机制基于双组分协同响应原理, 可在高低温环境下, 通过智能流变调控特性使体系塑性粘度波动控制在± 15%以内, 从而有效解决传统油基钻井液高温变稀、低温增稠的流变难题^[3]。

相较于传统钻井液体系, 恒流变FLAT-PRO合成基钻井液体系优势显著：①其摩擦系数较水基钻井液降低, 有效减少井下摩阻扭矩; ②独特的“核壳”乳液结构使其抗盐污染能力达饱和NaCl浓度, 抗钙污染能力>10 000 mg/L; ③废弃钻井液经生物修复处理后, 土壤毒性降低90%以上, 符合GB/T 18420.2-2009《海洋石油勘探开发污染物 生物毒性 第2部分：检验方法》相关要求。现场应用数据显示, 在南海某深水区块作业中, 该体系使钻井时效提升35%, 复杂情况发生率下降70%, 为深水深层油气勘探提供了可靠的流体技术保障^[4]。

石油中的某些成分, 如多环芳香烃存在共轭双键, 当受到紫外线激发时, 这些分子吸收光子能量后, 由稳定的基态跃迁至激发态, 处于激发态的电子会返回基态并以光的形式释放能量, 从而产生荧光^{[5, 6]}。三维定量荧光正是利用了石油具有荧光性这一特点, 并且不同结构的多环芳香烃会发出不同颜色和强度的荧光, 由于结构和电子云分布不同, 其激发态和基态之间的能量差也不同, 受激发和发射的波长也会出现差异。

三维定量荧光录井技术基于朗伯-比尔定律：被检测样品为低浓度稀溶液状态下, 荧光强度与溶液浓度呈线性关联; 一旦浓度攀升, 二者转为非线性关系, 届时激发态分子的能量通过非辐射跃迁导致荧光减弱或淬灭^{[5, 6]}。在三维定量荧光光谱测量中, 需同时扫描激发波长（E_x）和发射波长（E_m）。通常在一定范围内连续改变激发波长, 然后在每个激发波长下测量相应的发射光谱, 得到一系列“激发波长-发射波长-荧光强度”的数据集, 将其以三维坐标的形式表示出来, 就构成了三维定量荧光谱图。其中, X轴表示发射波长, 代表荧光发射光的波长; Y轴表示激发波长, 代表激发光的波长; Z轴代表荧光强度（INT）, 颜色越亮（从蓝色到红色）表示荧光发射越强。通常用指纹图直观表示三维图谱, 即横、纵坐标分别对应E_m和E_x, 图谱上不同颜色对应INT。

2.2 合成基钻井液添加剂三维定量荧光图谱特征

为系统解析FLAT-PRO合成基钻井液体系对三维定量荧光录井的干扰机制, 本文选取该体系中6种功能性材料开展分析, 其三维定量荧光图谱（图1）特征如下：

图1

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	图1 合成基钻井液6种功能性材料三维定量荧光图谱

PF-SG0185（基础油）椭圆形单峰, 主峰位置E_x=380 nm, E_m=400 nm; PF-FSEMUL（主乳化液）为圆形单峰, 主峰位置E_x=280 nm, E_m=320 nm; PF-FSCOAT（辅乳化液）为双峰拖尾型, 主峰位置E_x=280 nm, E_m=320 nm; PF-FSVIS（流型调节剂）为圆形单峰, 主峰位置E_x=280 nm, E_m=300 nm; PF-EZCARB（超细碳酸钙）为对角线形态; PF-MOLSF（封堵承压剂）为椭圆形单峰, 主峰位置E_x=330 nm, E_m=375 nm。

2.3 合成基钻井液对原油荧光特征干扰机制实验

为系统研究合成基钻井液对原油荧光特征的干扰机制, 本研究设计梯度混合实验方案：采集现场合成基钻井液滤液, 同步获取水基钻井液环境下的纯净原油标样（经气相色谱-质谱联用仪确定无钻井液添加剂残留）, 通过三维定量荧光分析得到钻井液滤液及原油样三维定量荧光图谱（图2）。分别以体积比3∶ 97、6∶ 94、9∶ 91、12∶ 88、15∶ 85、18∶ 82、21∶ 79、24∶ 76、27∶ 73为梯度, 将原油样与钻井液滤液精确混合, 即原油浓度为3%、6%、9%、12%、15%、18%、21%、24%、27%, 构建系列模拟样品。采用三维定量荧光光谱仪, 在250~500 nm的E_x与E_m范围内, 以10 nm间隔扫描各混合样品（图3）。通过对比不同配比样品的荧光图谱形态差异（包括峰位迁移、峰高衰减、峰宽展宽及肩峰出现频率）, 量化分析钻井液滤液中有机添加剂对原油特征荧光峰的遮蔽效应。

图2

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	图2 钻井液滤液及原油样三维定量荧光图谱

图3

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	图3 原油样与钻井液滤液不同体积比混合三维定量荧光图谱

由图2、图3可见：钻井液滤液呈现单峰分布, 主峰位置E_x=370 nm, E_m=410 nm; 原油样出峰位置E_x=290 nm, E_m=340 nm; 原油样图谱与钻井液滤液图谱能够明显区分。将原油按照一定的比例与钻井液滤液混合后发现：当原油浓度达到15%时, 即可见到明显的原油出峰（图3e）, 但仍然存在钻井液荧光信号干扰; 当原油浓度达到27%左右, 即钻井液背景扣除约27%时, 混合样品的出峰形态与原油保持一致（图3i）。

背景扣除是岩屑录井中消除钻井液干扰、精准识别油气显示的关键技术手段。具体实施时, 需在临近目标显示层的上部井段, 选取钻井液性能稳定（通常要求密度、粘度、流变参数波动范围<5%）、循环时间充分的区间, 连续采集至少3组钻井液滤液样本。利用三维定量荧光光谱仪进行扫描, 通过均值计算与平滑处理, 构建标准化的钻井液指纹图作为背景图谱, 完整表征钻井液体系中有机添加剂的荧光响应特征。

当地层出现异常荧光显示时, 同步采集异常层岩屑萃取液并获取荧光图谱。采用背景扣除算法将异常层谱图与背景谱图进行逐点减法运算, 以消除钻井液固有荧光干扰。鉴于储层岩屑的孔隙度（10%~35%）与渗透率（0.1~500 mD）变化范围大, 钻井液在岩屑孔隙中的侵入深度及吸附量呈现非线性变化：高孔渗岩屑受钻井液侵染程度可达低孔渗岩屑的3~5倍。因此, 在荧光解析时必须进行精准背景扣除。以A 1井1 520 m显示岩屑样品为例, 采用钻井液指纹图开展实时背景扣除, 结果如图4所示。

图4

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	图4 扣除钻井液背景三维定量荧光图谱

在三维定量荧光录井数据分析过程中, 针对A 1井1 520 m岩屑样品的荧光图谱, 研究团队结合室内梯度混合实验确定的27%理论临界值, 综合现场实际开展系统性的背景扣除实验发现, 当逐渐增加钻井液背景扣除比例至30%（图4f）时, 处理后的荧光图谱与邻井已证实的原油特征峰位置呈现高度吻合。具体表现为：在E_x为280~320 nm、E_m为350~420 nm的特征区间内, 目标层样品的荧光主峰及次峰位置与邻井原油标准图谱的三环芳香烃、五环芳香烃特征峰位置偏差均<5 nm, 峰形相似度经欧氏距离计算达0.92。

钻后作业阶段, 对该层段实施电缆地层测试并获取流体样品, 经实验室三维定量荧光复测显示, 电缆取样的荧光图谱在相同波长区间内, 其特征峰位置与扣除钻井液背景（30%）后的岩屑图谱完全一致, 且峰强度比例关系符合原油在不同取样介质中的荧光衰减规律。结合邻井地质对比及流体分析数据, 进一步验证了背景扣除比例的有效性, 为合成基钻井液环境下的油气显示识别提供了可靠的定量依据。

（1）针对琼东南盆地深水深层勘探中, 恒流变FLAT-PRO合成基钻井液因含高浓度荧光添加剂, 导致传统三维定量荧光录井受背景干扰强、荧光淬灭效应显著, 难以精准识别油气显示的技术难题, 通过解析钻井液添加剂荧光特征、探究其对原油荧光的干扰机制, 建立标准化钻井液背景谱图与针对性背景扣除算法, 最终形成适配该钻井液体系的油气识别方法, 提升了合成基钻井液条件下三维定量荧光录井的检测精度, 为复杂地层油气勘探提供了有效技术支撑。

（2）现阶段, 油基钻井液条件下地层油气显示的定量识别存在技术瓶颈, 尚未形成完全有效的干扰消除手段, 但多参数对比分析仍是提升储层评价准确性的关键路径。在随钻作业过程中, 需系统开展合成基钻井液添加剂、循环钻井液以及泥岩样品的精细化分析, 构建可靠的基值数据库, 从而为储层段的油气显示特征对比提供坚实的数据支撑。

（3）随着油气勘探开发向深层、复杂地层不断推进, 合成基钻井液的应用场景将持续拓展, 这对录井行业的技术革新提出了更高要求。面对这一行业性挑战, 亟需科研院所与生产单位协同攻关, 探索创新技术方法, 突破现有技术瓶颈, 为录井技术的高质量发展注入新动能, 更好地服务于油气资源勘探开发事业。

编辑 孔宪青